工业机器人智能制造实训平台机器人教学平台机器人实训平台

工业机器人智能制造实训平台机器人教学平台机器人实训平台

GOE20R9E-A16机器人智能制造实训平台 一、 功能概述 GOE20R9E-A16（图1.1）机器人智能制造实训平台是上海国诣机器人科技有限公司面向高校和职业院校机器人、智能制造等专业的教学、实训需求，自主研制的基于工业机器人的智能制造实训系统。实训平台具有从机器人示教编程、机床上下料、智能分拣、搬运码垛到打磨、焊接，以及机器视觉等功能，具有实训内容多、功能全、设计紧凑、布局合理外形美观等特点。是各大中专院校开展机器人与智能制造实训和人才培养的理想装备。 通过本实训平台，可开展与工业机器人基础知识和相关应用的教学和培训，既可以使学生熟悉工业机器人的基本操作、编程调试、了解和掌握工业机器人的常见故障处理及维护等基础知识和技能，同时也能够对智能制造、典型机器人应用系统集成的设计开发等综合应用开展教学和训练。 图 1.1 GOE20R9E-A16包含六轴工业机器人、机器人*七轴（机器人地轨）、六工位升降循环旋转料仓、模拟机床、砂带打磨机、视觉检测模块、自动皮带输送分拣线、装箱模块、立体仓库模块、码垛模块、激光雕刻模块、工具快换模块、装配模块、视觉定位模块、模拟焊接涂胶模块、工控机、PLC扩展等各种应用模块。几乎涵盖了工业机器人在现代工业生产应用中的各种工作场景。 学生在掌握了机器人的基础知识后，可自主通过本实训平台进行各种应用开发，自行开发现代工业应用中各种机器人应用组合及实训学习或者应用场景展示。 二、 设备整体参数 1、 输入电源：交流单相220V/50Hz； 2、 额定功率：约5kW； 3、 整机尺寸：2000X1500X1600mm（L x W x H）； 4、 无额外气源要求； 5、 安全保护：急停开关、漏电保护、短路保护、过载保护 三、 可开展的实验内容 GOE20R9E-A16配备各种应用模块，可针对机器人在工业应用中的不同场景开展各种基于工业机器人的实验以及应用展示。 1）机器人基础操作实验 2）机床上下料实验 3）打磨抛光实验 4）自动装配实验 5）激光雕刻实验 6）输送分拣实验 7）视觉检测定位实验 8）轨迹焊接涂胶实验 9）视觉分拣装箱实验 10）智能仓储实验 11）搬运码垛实验 12）智能制造全流程生产实验 GOE20R9E-A16具备各种真实的应用模块，可开发多种实训课程，通过各种不同模块之间的组合，可开发出几十种不同的应用组合，真实呈现机器人在实际工业生产中的具体应用，具有较强的学习拓展以及实际应用。 四、 各模块功能描述 序号 名称 主要参数及功能 1 工业机器人 1、 工作站采用的是ABB的IRB1200-7/0.7型机器人； 2、 工作半径700mm，负载7Kg，重复定位精度0.02mm； 3、 IRC5紧凑型控制柜，搭配较新的RobotWare_6.09控制系统，支持多种语言界面。可以全面的学习机器人的基础与操作。 2 机器人*七轴 1、 两根精密直线导轨搭配滚珠丝杠完成机器人整体水平移动及导向； 2、 伺服电机驱动并与机器人进行通讯，将六轴机器人升级为七轴，覆盖较大的作业区域； 3、 此应用在现代工业机器人的工业应用中常见的应用拓展方式。 3 机器人基础教学模块 1、 可开展工业机器人基础知识、示教编程、参数配置等方面的基础教学； 2、 能够建立工具坐标、用户坐标系等实现机器人坐标标定； 3、 满足直线、三角形、多边形、曲线等多种运动轨迹的机器人教学任务。 4 工具快换模块 1、 工业级气动快换，能够完成气路、电路自动结合； 2、 机器人在工业生产中完成不同的工作，需要匹配不同的末端工具，工具更换需要能自动快速更换。 3、 多种工具快换模块，满足多种功能模块的工具需求。 5 搬运码垛模块 1、 机器人使用夹具完成工件的夹取搬运转移以及放置操作； 2、 真实模拟工业应用中的多种码垛型式,包括圆形方形等多种类型工件。 6 料仓模块 1、 与智能制造结合，开展积放式码放和上下料实验； 2、 真实模拟工业应用中盘类、圆环类工件的多工位旋转升降料仓平台； 3、 机器人从料仓上抓取毛坯放到机床上进行加工，并将加工完成产品放至料仓上； 4、 与工业机器人进行信号交互，真实呈现智能制造过程中毛坯与成品的供料交换模式。 7 智能仓储模块 1、 采用多层立体仓库设计，具有多个仓位； 2、 机器人夹取工件放入*仓位； 3、 可开展库存管理、自动进出料控制等实验。 8 打磨抛光模块 1、 配备打磨抛光机或工业级打磨抛光工具； 2、 机器人抓取工件或夹持浮动打磨刀具对固定工件新型打磨抛光作业。 9 机床上下料模块 1、 模拟机器人进行机床上下料加工的作业过程； 2、 模拟机床卡盘或卡具对工件夹持固定以及机械加工和机器人之间的信号交互； 3、 结合视觉检测判断，对OK产品入库，NG产品剔除。 10 自动装配模块 1、 机器人对工件进行抓取装配作业； 2、 可开展精密装配编程和控制实验。 11 视觉模块 1、 可开展视觉检测、测量、识别方面的实验； 2、 将检测结果进行分类并将书序导入数据库，并进行抓取，视觉模块代码开源。 12 轨迹跟踪及焊接模块 1、 机器人安装焊枪头模型进行焊接轨迹运动模拟运动仿真； 2、 可开展轨迹编程焊接实验及视觉跟踪焊接实验。 13 轨迹编程及激光雕刻模块 1、 固定雕刻板，机器人夹持激光雕刻枪，对雕刻板进行雕刻加工； 2、 通过机器人控制IO信号实现激光光点寻迹，配合机器人运动控制完成激光雕刻实际加工。 4.1工业机器人 工业机器人的分类工业机器人在分类时可按照功能、结构、关节数量、应用领域等条件进行分类，这里我们从较直观的关节数与结构为例对工业机器人分为：串联六关节机器人、并联三/四关节机器人(Delta)、水平四关节机器人(SCARA)、七关节机器人(喷涂、协作)。 串联六关节型工业机器人 串联六关节型工业机器人（图4.1.1）是当今工业领域中较常见的工业机器人的形态之一，适合用于诸多工业领域的机械自动化作业比如，自动装配、加工、搬运、焊接(点焊、弧焊)、表面处理、测试、测量等工作。 GOE20R9E-A16采用六关节机器人，型号为IRB 1200 7/0.7； 图 4.1.1 图 4.1.2 四关节型机器人 四关节型机器人（图4.1.2）相对于六关节型机器人省去了*五关节(腕关节)和*四关节(小臂旋转),这种机器人在搬运、码垛中有着较快和较为稳定的节拍，在相同臂展及结构下，四关节机器人相比六关节机器人拥有的负载相对较大一些，这 于快速的搬运重物。 图 4.1.2 水平四关节机器人(SCARA) SCARA机器人（图4.1.3）有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向运动。另一个关节是移动关节，用于完成机器人末端在垂直于平面方向上的运动。SCARA机器人广泛应用于塑料工业汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域。它的主要职能是快速搬取零件和装配工作。 图 4.1.3 并联三/四关节机器人(Delta) Delta机器人（图4.1.4）又名并联机器人或蜘蛛手机器人，具有3个空间自由度和1个转动自由度，通过示教编程或视觉系统捕捉目标物体，由三个并联的伺服轴确定抓具中心(TCP)的空间位置，实现目标物体的快速拾取、分拣、装箱、搬运、加工等操作。主要应用于乳品、食品、药品和电子产品等行业具有重量轻、体积小、速度快、定位精、成本低、效率高等特点。 图 4.1.4 人机协作型机器人 人机协作型机器人（图4.1.5）是设计和人类在共同工作空间中有近距离互动的机器人，这种机器人可以完成灵活度要求较高的精密电子零部件的装配与分拣工作，在工作时能与人类并肩作战，机器人全身都覆盖有感知装置，即使在工作中触碰到人类也能及时做出相应的反应以便可以继续作业。 图 4.1.5 4.2机器人*七轴 机器人*七轴又称机器人轨道，用于扩大机器人作业半径，扩展机器人使用范围功能，主要应用于焊接、铸造、机械加工、智能仓储、汽车、**等行业领域。 机器人*七轴一般分为机器人地轨（图4.2.1）和机器人天轨（图4.2.2）两种，如图 图 4.2.1 图 4.2.2 GOE20R9E-A16采用地轨方式扩展为机器人*七轴（图4.2.3），机械结构包括两根精密直线导轨，一根精密研磨滚珠丝杠，由伺服电机驱动，完成机构运动，并通过PLC与机器人通讯完成机器人在*七轴行程范围内的任意位置进行作业，在保证机器人工作精度需求的前提下扩大机器人有效工作半径。 防尘以及安全防护方面，设置两个限位开关以及一个原点开关，以及两端两个柔性机械限位。直线导轨以及滚珠丝杠配备风琴防护罩，即防尘，又能有效阻止异物卡入，保证机器人*七轴运行过程中人、物、设备的安全性。 图 4.2.3 4.3工具快换模块 图 4.3.1 图 4.3.2 工具快换盘模块共由一个机器人快换端和五个工具快换端组成，机器人快换端安装在机器人法兰末端*拆卸，当进行不同的模块工作需求时，直接更换不同的工具快换端，以切换不同的末端执行工具，快速切换机器人工作。 GOE20R9E-A16共配置了五个不同的末端工具；分别为机床上下料手爪、装配手爪、机器人打磨手爪、激光雕刻模块、真空吸盘工具，不同的工具类型为学生提供较广泛的工业应用认知。 4.4机床上下料模块 图 4.4.1 机床上下料基本完整的系统包括数控机床、机器人、上下料仓、上下料手爪等。 GOE20R9E-A16机器人实训台采用六工位升降循环料仓，四个为摆料位，即人工上下料位置。一个为机器人取料位，即机器人取毛坯物料；一个为机器人卸料位，即加工完成后的物料由机器人放置此工位。 上下料手爪采用水平并列式双手爪，双手爪结构为上下料机器人标准配置，一个手爪从机床下料的之后，机器人*大幅度移动回来，可实现另一个手爪及时上料，这样节省机床上下料整个工作流程的节拍。 两个抓手配置弹性压紧板，机器人取毛坯料时，需要对毛坯料进行预压紧然后抓手夹紧取料，机器人在进行机床上料时，机器人抓手先张开，预压弹性板将物料压紧贴合在机床卡盘基准端面上，然后机床卡盘夹紧。如此才能保证机器人在机床上料时可以保证物料能够和机床卡盘的基准端面贴合紧密，确保加工精度。 4.5打磨抛光模块 图 4.5.1 图 4.5.2 机器人打磨分为工具型打磨机器人、工件型打磨机器人、机器人+磨床（机器人负责上下料，类似与机床上下料） GOE20R9E-A16机器人实训台采用机器人抓取工件（轮毂）贴近砂带打磨机进行模拟打磨，因考虑到安全、噪音、粉尘等因素，实验室不建议进行真实打磨作业。 4.6机器人装配模块 图 4.6.1 机器人装配是柔性自动化装配系统的典型应用，由机器人，控制器，末端执行器和传感器系统组成。 末端执行器为适应不同的装配对象而设计成各种手爪和手腕等；传感器系统又来获取装配机器人与环境和装配对象之间相互作用的信息。 GOE20R9E-A16机器人实训台进行滚珠滑套、导套、导柱的装配。 装配流程为装配机器人抓手抓取导套，放入装配定位机构→导套定位→抓取滚珠滑套→插入导套→滚珠滑套自然落下→抓取导柱→插入滚珠滑套→机器人下压→导入压到位→装配完成。 4.7机器人激光雕刻模块 图 4.7.1 激光雕刻属于激光焊接的一种应用，机器人携带激光雕刻头对工件进行激光雕刻加工。 GOE20R9E-A16机器人实训台采用5000mw激光雕刻头，可对亚克力板进行雕刻加工，考虑到激光的危险性，尤其是对眼镜的意外损伤，此模块设置了激光防护罩，进行此模块实验时，必须严格遵守安全规范，激光雕刻头对焦时，需佩戴防辐射眼镜，裸眼不得盯住激光对焦点观看，以防造成不可恢复的损伤。 机器人携带激光雕刻头进行雕刻加工时，为防止万一可能产生的电气或机械故障带来的机器人失控现象，激光雕刻头上配备了倾角传感器（图4.7.1），程序预设±15°偏移时，激光无法开启，整套系统关停，以保证人身安全。 此实验具有危险性，不建议开此实验课，可运用内部已经配备的自动化演示实验进行机器人雕刻加工实验观察即可。 4.8输送分拣模块 图 4.8.1 输送分拣模块采用一条调速皮带输送线为主体，架设三个分拣通道。 由预设分拣标准进行判定，物料放上输送线后，将根据预设判定所属通道，对物料进行分拣，工件被推入对应分拣定位槽位，由机器人抓手，分类入盒或是其他工作。 GOE20R9E-A16机器人实训台采用气缸配备推板挡板，对输送的工件进行阻挡并推到位，每个工位由两对光电传感器，分别判定工件到位，气缸开始推工件，工件入槽到位，机器人可以抓取的判定，属于真正的工业分拣应用。 4.9轨迹焊接涂胶模块 图 4.9.1 图 4.9.2 本实验平台模拟弧焊机器人进行教学实验相关工作，主要任务是机器人携带焊枪或涂胶枪一类末端执行器进行平面轨迹示教运行。 同类型的应用有弧焊、涂胶、写字绘画、激光雕刻切割等轨迹运行类应用。 机器人通过工具快换盘，换用工具手爪1，夹持模拟焊枪/涂胶枪，在轨迹板上进行手动示教编程，使焊接枪/胶枪的 部位贴近图形轨迹板中的某一图形进行沿轨迹运行，以模拟焊接/涂胶的轨迹运行。 4.10视觉检测模块 图 4.10.1 视觉检测模块由工业相机、工业镜头、光源、光源控制器、工控机、配套软件等组成。 GOE20R9E-A16机器人实训台视觉模块有两部分应用；分别为轮毂分类识别、多边形工件识别定位 轮毂分类识别 轮毂分类应用模拟工业现场中视觉分类识别的应用场景，机器人将不同型号的轮毂放到相机识别工作台，通过PLC通知相机，PC通过相机采集图像后识别，将识别的分类结果告知机器人，机器人收到识别结果后，将轮毂放入对应的料仓中。此项应用视觉部分通过识别轮毂的内圈不同形状来实现分类。 多边形工件识别定位 多边形工件识别定位模拟工业现场中的视觉定位应用，工件放置到视觉工作台上后，人为触发视觉软件识别，软件识别完成后，将识别的结果通过PLC转到工业机器人，工业机器人收到识别结果后（包括多边形类型、角度、中心位置）通过偏移量运行到识别位置进行抓取操作。将抓取的工件放入到对应的工件台上。 4.11智能仓储模块 图 4.11.1 智能仓储共分为空料盒仓库以及成品仓库两个部分，每个部分结构和数量相同，均为3X4结构。 GOE20R9E-A16机器人实训台左边为空料盒仓库，需要人工按照一定规则摆放空料盒，以供平台进行演示操作时使用，主要是模拟工件装箱动作。 右边为成品仓库，机器人将工件装盒后，会将料盒以及工件自动码放进此仓库。 当进行机器人码垛实验时，需要人工将此仓库按照一定规则保证料盒到位，然后机器人进行码垛作业。 4.12机器人码垛模块 图 4.12.1 关节式码垛机器人常见本体多为四轴码垛机器人，也有五轴六轴码垛机器人，但在实际包装码垛物流线中，后两种码垛机器人相对较少。码垛主要在物流线末端进行，码垛机器人安装在底座（或固定座）上，其位置的高低由生产线高度、托盘高度及码垛层数共同决定。多数情况下，码垛精度的要求没**床上下料精度高，为节约成本、降低投入资金、提高效益，四轴码垛机器人足以满足日常码垛要求。 码垛多为从自动输送线上直接抓取工件进行码垛，我们的工作站因为考虑到上课时间较短，故采用机器人从仓库直接抓取工件进行码垛，模拟出库出货的码垛过程。进行码垛示教前需人工将立体仓库摆满工件，并按图示要求将工件摆放到位。 4.13智能仓储模块 图 4.13.1 智能仓储共分为空料盒仓库以及成品仓库两个部分，每个部分结构和数量相同，均为 3 X 4结构。 GOE20R9E-A16机器人实训台左边为空料盒仓库，需要人工按照一定规则摆放空料盒，以供平台进行演示操作时使用，主要是模拟工件装箱动作。 右边为成品仓库，机器人将工件装盒后，会将料盒以及工件自动码放进此仓库。 当进行机器人码垛实验时，需要人工将此仓库按照一定规则保证料盒到位，然后机器人进行码垛作业。 5.3智能制造全流程生产模块 GOE20R9E-A16机器人实训台合理化设计，每个模块并非孤立，而是可以通过任意模块整合完成完整模拟现代化工厂的全流程生产作业。 本实训平台可开展全流程生产模式为： 涵盖了简单工业生产的全流程作业，非常具有实验开发性以及可实用性。 五、 能够完成的考核项目 1) 工业机器人安装、初始化与备份恢复考核项目 2) 工业机器人手动控制及基本参数设置 3) 工业机器人IO通信及总线通信 4) 工业机器人单轴运动与线性运动控制 5) 工业机器人工具TCP参数标定 6) 工业机器人工件坐标系参数标定及多坐标系切换 7) 工业机器人多类型工具快速更换 8) 工业机器人与机器人*七轴网络通讯与集成应用考核项目 9) 简单平面轨迹、复杂空间轨迹编程 10) 工业料仓PLC基本编程与调试 11) 工业机器人机床上下料工艺应用考核项目 12) 工业机器人打磨抛光应用考核项目 13) 工业机器人装箱应用考核项目 14) 工业机器人出库入库应用考核项目 15) 工业机器人搬运码垛应用考核项目 16) 工业机器人柔性装配应用考核项目 17) 皮带输送分拣线PLC编程应用考核项目 18) 工业机器人快换工具的技术选型与应用考核项目 19) 机器人参数与通信设置考核项目 20) 机器人示教编程考核项目 21) 机器人离线编程考核项目 22) CCD相机与光源的组成和工作原理考核项目 23) 工业视觉颜色识别、尺寸识别、形状识别案例实操考核项目 24) 工业机器人与CCD视觉系统数据通讯应用考核项目 25) 伺服、步进等电机的参数设置与驱动应用考核项目 26) 系统单元HMI触摸屏基本编程与调试考核项目 27) 组态软件的安装与通信设置考核项目 28) PLC与CCD之间通讯设置考核项目 29) PLC与工业机器人网络通讯应用考核项目 30) PLC控制伺服、步进电机速度位置功能的应用考核项目 31) PLC程序故障的设置与排除考核项目 32) 系统参数故障的设置与排除考核项目 33) 电气接线故障的设置与排除考核项目 34) 传感器信号故障的设置与排除考核项目 另外，可根据实际工业生产需要任意对各模块进行组合，设定考核项目。